复合材料非对称偏置阶梯圆柱壳振动特性研究

来源：振动与冲击杂志2025年第20期北京时间：

作者：赵欣阳，梅志远zhiyuan_mei，王硕，张展，安舒悦

单位：中国人民解放军海军工程大学舰船与海洋学院，武汉430000

摘要：针对非对称偏置阶梯圆柱壳的振动预测问题，本研究提出了一种考虑中性面修正的动力学分析模型。基于一阶剪切变形理论，通过域分解方法将非对称偏置结构划分为轴向连续子域，提出刚度-几何耦合修正策略消除局部几何偏置影响。采用虚拟弹簧技术实现任意边界条件与子域间位移协调，通过强制相邻壳段在全局中性面位置建立界面连接，满足交界面位移协调及内力平衡条件。利用Jacobi-Ritz法求解系统固有频率，收敛性分析确定了弹簧刚度阈值、子域划分数数量和雅可比参数等，验证结果显示与文献解误差小于0.60%，有限元对比误差低于0.72%。研究发现：当周向半波数n≥5时，边界效应呈现显著衰减特征，且低阶模态对轴向约束具有较高敏感性，阶梯位置偏移仅引发频率的有限波动。随着长径比的增大，结构固有频率呈现下降趋势，径厚比对高阶振动模态的影响更为显著。采用中段薄构型可有效提升低阶固有频率，而中段厚构型虽然能够抑制高阶振动，但存在刚度增益的临界阈值。值得注意的是，角度参数敏感性与振型特征呈现显著关联特性，周向振动峰值角度因构型差异产生偏移。<br>

关键词：非对称偏置阶梯圆柱壳；中性面修正；域分解方法；一阶剪切变形理论；雅可比里兹法